并网光伏发电项目的LCOE分析_陈荣荣.pdf

1、0 前言平准 化电力成本 /度电 成 本 （levelized cost ofenergy / levelized cost of electricity，LCOE）， 是 用 于分析各种发电技术成本问题的主要指标 。 光伏项目 LCOE 测算数据能够使人清晰地看到光伏项目单 位发电量的成本水平 ， 因此具有非常重要的实际 意义 。 目前 ， 我国关于并网光伏发电系统的LCOE 研究 较 少 ，对 LCOE 的认识还不够全面 。美国国家可再生能源实验室（ NREL）把 LCOE定义 为平准化电力成本 （levelized cost of energy）；Fraunhofer-ISE 把 LCO

2、E 定义为度电成本 （lev-elized cost of electricity）18。 综 合 来 看 ，针对光伏发电项目而言 ，LCOE 是指光伏发电项目单位发电量的综 合 成本 ， 亦即光伏发电项目在运营期内发生的所有成本与全部发电量的比值9。LCOE=Nn = 1Cn1+dNn = 1Qn（1+d）n（1）式 中 ：LCOE 为平准化电力成本； Qn为系 统 第 n 年的 发电量或节省的能源 ；Cn为第 n 年的 运 营成本 ，包括投资成本 、财务支出 、运营维护成本和维修费用等 ；d 为折 现 率 ；N 为系统运营年限 。通过 公 式 （1）计算 得 出的 LCOE 是对 全 生命

3、周期成本进行贴现后的数据 ，因此 ，通过该公式计算得出的是动态的平准化电力成本 。根据 Fraunhofer-ISE 对 LCOE 的有 关 说明 ，LCOE（度电 成 本 ）计算公式如式 （2）所示10：LCOE=I0+Nn = 1At（1+i）tNn = 1Mt,el（1+i）t（2）其 中 ：LCOE 为 度 电 成本 ；I0为在欧洲的初始投资 ；At为第 t 年的运营总支出 ；Mt，el为当 年 的发电量 ；i 为投资 收益率 ；n 为进行财务分析时考虑的系统 寿命 ；t 为系统运行年份 (1，2，3，n)。由式 （2） 可 以 看 出 ，Fraunhofer-ISE 提 出 的LCO

4、E 计算方法考虑到了贴现问题， 得到 的 也是动态数据 。1 我国并网光伏发电项目 LCOE 评估 模 型根据 NREL 和 Fraunhofer-ISE 的 LCOE 评估方 法 ， 总结出我国并网 光伏发电项目的 LCOE 评估模 型 ：LCOE=I0+VR（1+i）N+Nn = 1An+Tn（1+i）nNn = 1Yn（1+i）n（3）式中 ：i 为折现 率 ；n 为系统运行年限 （n=1，2， ，N）；N 为光伏系统运行期 ， 一般 取 N=25 a；I0为初始 投 资 ；VR为系 统 残值 ；An为第 n 年的 运 营成本 ；摘 要 ： 围绕并网光伏发电系统的度 电 成本 /平准化电

5、力成本 （LCOE）水平进行了分析讨论 。 针对 LCOE 的评估 依 据和测算方法 ，提出一种适用于我国光伏发电项目的 LCOE 评估 模 型 。 利用该模型对影响 LCOE 的几 个典型因素进行了敏感性分析 ；测算了我国光伏发电项目的 LCOE 水平 ；预测了光伏发电项目的 LCOE 发展 。关 键 词 ： 并网光伏系统 ； 度电成本 /平准化电力成本 ； 折现 率中 图分类号 ： TK51； TM615 文献 标 志码 ： A 文章 编 号 ： 1671-5292（2015）05-0731-05收稿 日 期 ： 2015-01-07。基金 项 目 ： 广东省产学研结合项目 （2013B0

6、90500026）； 光伏科学与技术国家重点实验室开放基金课题 （201400029828）。作 者 简介 ： 陈荣荣 （1989-），女 ，山 东 济南人 ，硕士研究生 ，研究方向为光伏发电技术 。 E-mail：通讯 作 者 ： 沈 辉 （1956-），男 ，江 苏 连云港人 ，博士 ，教授 。 研究方向为太阳能电池及其应用技术 。 E-mail：并 网 光 伏 发 电 项 目 的 LCOE 分 析陈荣 荣1，2， 孙韵 琳1，2，3， 陈思 铭1，3， 沈 辉1，2，3（1. 光伏科学与技术国家重点实验室 ， 江苏 常 州 213031； 2. 中山大学 太阳能系统研究所 ， 广 东 广

7、州510006； 3. 顺德 中 山大学 太阳能研究院 ， 广东 顺德 528300）可再生能源Renewable Energy Resources第 33 卷 第 5 期2015 年 5 月Vol.33 No.5May 2015731DOI:10.13941/ki.21-1469/tk.2015.05.014Tn为其 他 费用 ；Yn为第 n 年的 发 电量 。本文使用该模型对在广州地区建设的并网光伏发电项目进行 LCOE 评估 ， 并 进行典型因素的敏 感性分析 。2 案例 分 析以广州地区建设的装机容量为 10 MW 的 并网光伏发电项目为例 ，进 行 光伏项目 LCOE 评估 。本项目

8、基本信息如下 ：装 机容量为 10 MW；运行 年限 为 25 a；建设 成 本为 8 元 /W;折现 率 为 8%；首年发 电 量为 1 080 万 kWh； 每 年 运 行维护费用为 96万元 ；系统年衰减率为 0.8%；其他 费 用为 24 万元 ；所 得 税率为 25%；增值税 率为 17%；系统 PR 值为80%；系统 残 值率为 5%11。PR 值 （性能 比 ）是国际上评价并网光伏电站性 能质量的一个非常重要的指标 ， 其值为系统实际交流发电量与理论直流发电量之比 。 PR 值考 虑了 光伏阵列效率 、 逆变器效率以及交流配电设备效率等因素 ， 在一定程度上体现了光伏电站的综合性

9、能和质量 。 PR 值 的 计 算公式12：PR=EAC，realEDC，theoretic（4）式中 ： EAC，real为测试时间内系统的实际交流发电量 ，kWh；EDC，theoretic为测试时间内理论直流发电量 。EDC，theoretic=HiPSTCISTC（5）其中 ：Hi为测试时间内入射到光伏阵列表面的 太 阳 辐 照 量 ，kWh/m2；PSTC为 系 统 的 标 称 最大功率 ，W；ISTC为标准测试状态下的太阳辐照度 ，1 000 W/m2。把以上初始条件带入公式 （3） 测算 本 项目LCOE 水平 ，LCOE= 0.85 元 /kWh。通过测 算得出 ：以目前的行业

10、技术经济水平 ，在广州地区建设一个装机容量为 10 MW 的光 伏发 电项目 ， 其 LCOE 水平 在 0.85 元 /kWh 左右 ，与广州市脱硫煤上 网 电价 （0.502 元 /kWh）相比 ，约 高出 0.35 元 /kWh。3 影响 LCOE 的典型因素及敏感性分析光伏发电技术日臻成熟 ， 为尽快实现光伏发电 平 价 上网 ， 降低光伏发电项目的 LCOE 是亟 待解 决的问题 。 对光伏发电项目而言 ，影响 LCOE 的典型因素包括项目单位造价 、 项目所在地的太阳辐 射 量 、系统效率 、系统衰减率 、运营维护费用 、逆变器等关键设备使用年限 。 因此要理清系统成本 、发电量和

11、电站生命周期中的其他因素间的联系 ，通过优化光伏系统设计施工质量以及完善运维管理体系等措施 ，尽可能降低项目的 LCOE 水平 。下 面 将分析光伏系统单位造价 、 系统 PR 值 、光伏 组 件衰减率以及太阳辐射量这 4 个 典 型 因素 ，对项目 LCOE 水平 的 影响 。本文选取广州 、上海 、深圳 、北京 、兰州和西宁等 6 个典型地点进行光伏项目 LCOE 比较 与 分析 。6 个地点的地理位置及年太阳辐射量数据见表1，其中太阳辐射量数据来自 NASA。为清 晰 描述不同地点的光伏发电项目 LCOE 水平 ， 在图 1 中标出了 6 个地点的年太阳辐射值 。表 1 6 个典型地区地

12、理位置和太阳能资源状况Table 1 Geographical position and solar energy resourcescondition of 6 typical regions地点 纬 度 经度 太阳年辐射量 /kWhm-2广 州 N23.3 E113.3 1350.00深圳 N22.6 E114.1 1427.15北 京 N39.9 E116.4 1577.42上海 N31.3 E121.5 1390.65西宁 N36.62 E101.77 1704.50兰州 N36.05 E103.67 1617.34（a）单位造价与太阳辐射量对 LCOE 的影响太阳 年 辐射量 /kW

13、hm-2900 1100 1300 1500 1700 1900度电成本/元kWh-11.61.41.21.00.80.60.46 元 /W7 元 /W8 元 /W9 元 /W10 元 /W11 元 /W12 元 /W广州西 宁兰 州北京深圳上海（b）组件衰减率与太阳辐射量对 LCOE 的影 响年太 阳 辐射量 /kWhm-2900 1100 1300 1500 1700 1900广州西 宁兰 州北京深圳上海度电成本/元kWh-11.11.00.90.80.70.60.50.4%0.5%0.6%0.7%0.8%0.9%1.0%可再生能源 2015，33（5）732图 1（a），（b），（c）分

14、别展示了单位造价 、光 伏组 件 衰减率 、 系统 PR 值与太阳辐射量对项目LCOE 影响作用的敏感性 。 测 算条件如下 ：装机容量为 10 MW；单 位 造 价为 8 元 /W；PR 值 为 80%；年衰减 率 为 0.8%；折现率 为 8%。可以看 出 ，系统单位造价 、 光伏组件衰减率与项目的 LCOE 水平 呈 正相关 ，系统 PR 值和 项 目地太阳年辐射量与 LCOE呈负 相 关 。 因此 ，光伏项目选址 、系统设计 、光伏组件及逆变器等关键设备选型与采购 、 光伏系统安装 、 系统运行维护等各个环节都可能存在影响项目 LCOE 水平 的 因素 。 在进行项目选址时 ，尽可能选

15、择太阳能资源条件好 、空气洁净度高的地区 ；在进行光伏系统设计 、设备选型时 ，要根据项目实际情况优化系统设计 ，提高光伏系统 PR 值 ；要遵循合 理的运行维护方案 ， 平衡系统运行维护的投入与产出 ，保证光伏项目处于最佳收益状况 。 从以上各个环节着手 ， 方可最大程度地降低项目 LCOE水平 。由图 1（a）可见 ，项 目 LCOE 水平随系统单位造价的升高而升高 。 若系统单位造价为 8 元 /W，当项目地太阳年辐射量由 1 000 kWh/m2增至 1 800kWh/m2时 ， 项 目 的 LCOE 水 平 将 从 1.038 元 /kWh 降至 0.577 元 /kWh。 若某地太

16、阳年辐射量为 1 300 kWh/m2，当系统单位造价为 6 元 /W 时 ，项目 LCOE 为 0.599 元 /kWh；当系 统 造价为 10 元 /W时 ，项目 的 LCOE 将升 至 1.297 元 /kWh。图 1（b）展示的是光伏组件年衰减率与太阳年辐射 量对项目 LCOE 水平的影响作用 。 可以 看 出 ，当组件年衰减率以 0.1%的幅 度 变化时 ， 项目LCOE 变化幅度并不显著 。 当组 件 年衰减率从0.8%降低 至 0.7%时 （在项 目 运营期 25 a 内 ，光伏组 件 总衰减率从 20%降低 至 17.5%），若 太 阳年辐射量为 1 300 kWh/m2，项目

17、 LCOE 将从 0.792 元 /kWh 升 至 0.798 元 /kWh。由图 1（c）可知 ，项 目 LCOE 水平 随 系统 PR 值的升 高 而降低 。目前我国光伏项目的系统 PR 值绝大部 分处于 70%80%。 当太阳年辐射量在 1 300kWh/m2时 ， 若系 统 PR 值从 70%升至 80%， 项目LCOE 将从 0.912 元 /kWh 降至 0.798 元 /kWh，降幅达 12.5%。可见 ，提 升 系统 PR 值对 降 低系统 LCOE水平的效果非常显著 。4 我国光伏发电项目 LCOE 水平 测 算以装机容量为 10 kW，500 kW 和 10 MW 的 光伏

18、发电系统为例 ，对我国不同地区 、不 同 光照资源条件的 LCOE 水平 进 行评估 。 评估边界条件如下 ：太阳年辐射量资源条件为 1 0001 800 kWh/m2；系统效 率 为 80%；光 伏 组 件的衰减率为 0.5%0.8%；光伏发电系统运营年限为 25 a；3 种容 量 发电系统的单位造价分别为 10 14 元 /W，79 元 /W，6.58.5 元 /W。 评 估 结 果 如 图 2 所 示 。图 2 为针对不同装机容量 、不同 光 照条件 、不同建设成本等条件下的 LCOE 评估 。 由图 2 可知 ，装机 容量 10 kW 的光伏发电项目 LCOE 为 0.6 1.1 元

19、/kWh； 装机 容 量 500 kW 的光伏发电项目LCOE 为 0.65 1.1 元 /kWh；装机 容 量 10 MW 的光伏 发 电项目 LCOE 为 0.50.9 元 /kWh。 根据 国 家发改委 关于进一步疏导环保电价矛盾的通知 ，31省市脱硫煤上网电价处于 0.279 0.502 元 /kWh，因此根据我国光伏发电 项 目 的 LCOE 水平 测 试结果显示 ，对于 10 MW 以上装机容量的项目 ，通过 对 项目建设成本进行精确控制 ， 在脱硫煤上网电价较高地区可首先实现光伏电力平价上网 。（c）系统 PR 值与太阳辐射量对 LCOE 的影 响图 1 参数敏感性分析Fig.1

20、 Parameters sensitivity analysis太 阳 年 辐射量 /kWhm-2900 1100 1300 1500 1700 1900度电成本/元kWh-11.51.31.10.90.70.5广 州西 宁兰 州北京深圳上海PR=60%PR=65%PR=70%PR=75%PR=80%PR=85%PR=90%图 2 我国光伏发电项目 LCOE 评估Fig.2 LCOE assessment of the photovoltaic projects in China光伏 系 统容量10 kW 500 kW 10 MW度电成本/元kWh-11.41.21.00.80.60.40.2

21、0733陈荣 荣 ，等 并网光伏发电项目的 LCOE 分析5 光伏 项 目 LCOE 发展 趋 势预测户用光伏发电项目的应用和推广 ， 从某种程度上标志着光伏产业在人民日常生活中的普及程度 ，因此本文结合文献 10的数 据 ，就 户用光伏发电项目 LCOE 水平的变化趋势进行了预测 （图 3）。图 3 展示 了 Fraunhofer ISE 针对 LCOE 的研究 数 据10。 由 图 3 可 见 ，2013 年户用光伏发电项目LCOE 的平 均 水平为 0.86 元 /kWh 左右 ， 其 中 平均PR 为 80%的曲 线比较符合我国光伏发电项目的平 均水平 。 观察这条曲线可知 ，根据目前

22、光伏产业发展水平预测 ，20152030 的 15 年 ，光 伏 发 电项目的 LCOE 水平 将 从 0.108 欧元 /kWh 降至 0.072 欧元 /kWh， 折合人民币约从 0.82 元 /kWh 降至 0.54元 /kWh，降幅 高 达 34%。本文 分 析显示 ， 从目前我国光伏产业的发展状况来看 ， 装机容量为 10 kW 的光伏发电项目在不 同 单位造价 、 不同太阳辐照条件下的 LCOE 处于 0.6 1.1 元 /kWh。 该结 论 与文献 10中的 数 据相吻合 ， 通过这两组数据可以预测我国光伏发电成本的发展趋势 。 目前 ， 我国居民生活用电价格在0.65 元 /k

23、Wh 左右 ，如不考虑通货膨胀等因素 ，我 国可 在未来 15 年内实现光伏发电平价上网 ；考虑 近年 来化石能源发电价格逐年上涨的现实 ， 我国有可能在未来 10 年 ，甚至更短时间内 ，迎 来 光 伏发电平价上网的时代 。6 结论通过 对 LCOE 定义 及 其计算方法的分析 ，总结出适合我国光伏发电项目的 LCOE 计算 方 法 ，并进行了不同容量的并网光伏发电项目的 LCOE水平 测 算 。依据当前光伏行业现状 ， 通过对广州地区光伏发电项目 LCOE 的 评 估 分析 ， 得出 LCOE 水 平在 0.85 元 /kWh 左右 ，比 广 州市脱硫煤上网电价高出约 0.35 元 /kW

24、h。 对我国不同装机容量的光伏并网发电项目在不同光照资源等 条 件下的 LCOE 水平评 估 表明 ， 装机容量为 10 kW，500 kW，10 MW光伏 发 电项目的 LCOE 分别 为 0.6 1.1 元 /W，0.651.1 元 /W，0.50.9 元 /kWh。本文 采 用文献 10的数据就户用光伏发电项目 LCOE 水平的变化趋势所做预 测 表 明 ， 目前我国户用光伏发电项目的 LCOE 处于 0.6 1.1 元 /kWh 水平 ， 考虑到近年来化石能源发电价 格逐年上涨 ，我国可能会在未来 10 年 ，甚至更短时间内 ，迎来光伏发电平价上网的时代 。参 考 文 献 ：1 REN

25、21. Renewables 2007 global status report R. Paris:REN21 Secretariat and Washington，Renewable EnergyPolicy network for the 21st Century （REN21），2008.2 REN21.Renewables 2010 global status report R. Paris:REN21 Secretariat and Washington, Renewable EnergyPolicy Network for the 21st Century (REN21), 201

26、0.3 Yang C. Reconsidering solar grid parity J. Energy Policy，2010，38：3270-3273.4 Black，Veatch Corporation. Renewable energy transmis-sion initiative phase 2B: draft report R. Sacramento：RETI Stakeholder Steering Committee, 2010.5 Darling SB，You F，Veselka T，et al . Assumptions and thelevelized cost o

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29、：National Renew-able Energy Laboratory （NREL），1995.图 3 户用光伏发电项目 LCOE 变化 趋 势预测Fig.3 Trend prediction of LCOE for residentialphotovoltaic systems年 份2015 2020 2025 2030度电成本/欧元kWh-10.120.110.100.090.080.070.06EPIA PR=90%平 均 PR=90%EPIA PR=85%平 均 PR=85%EPIA PR=80%平 均 PR=80%可再生能源 2015，33（5）734LCOE analysis

30、 of grid-connected photovoltaic powergeneration projectChen Rongrong1，2， Sun Yunlin1，2，3， Chen Siming1,3， Shen Hui1，2，3（1.State Key Laboratory of PV Science and Technology， Changzhou 213031， China； 2.Sun Yat-Sen UniversityInsititute for Solar Enegy Systems， Guangzhou 510006， China； 3. Shunde SYSU In

31、stitute for Solar Energy，ShunDe528300， China）Abstract： The levelized cost of electricity （LCOE） of grid-connected PV system is discussed inthis paper. A LCOE evaluation model is put forward for Chinese photovoltaic power generationprojects based on the estimation basis and calculation method of LCOE

32、. The model is used to carryout a sensitivity analysis for some typical parameters that effect LCOE. Then the LCOE of PV pro-jects in China are calculated using this model. And finally the development of Chines photovoltaicpower generation project is predicted.Key words： grid-connected PV system； LC

33、OE； discount rate10 Fraunhofer ISE. Levelized cost of electricity renewableenergy technologies study R. Freiburg：Fraunhofer ISE，2013.11 国家发展和改革委 ，建设 部 . 建设项目经济评价方法与参 数 M.北 京 ：中国计划出版社 ，2006.11 National Development and Reform Commission，Ministryof Housing and Urban-Rural Development of the PeoplesRepu

34、blic of China. Construction Project Pconomic Ap-praisalM.Beijing：China Planning Press，2006.12 郑 杰 ，陈 思 铭 ，钟柳 ，等 ，海南大型并网光伏电站性能质量评价与分析 J.广东 科 技 ，2013，22（24）：149-150.12 Zheng Jie，Chen Siming，Zhong Liu，et al. Performance e-valuation and analysis of large-scale grid PV station inHainan J. Guangdong Science & Technology，2013，22（24）：149-150.735陈荣 荣 ，等 并网光伏发电项目的 LCOE 分析